כיום הכלב שלך עושה שימוש בזנבו כדי להתנדנד, להצביע ולרדוף במעגל. אבל זנבות עושים הרבה יותר מזה: לפני 360 מיליון שנה הם עזרו לצועדי היבשה הראשונים לבצע את המעבר האבולוציוני הגורלי ממים ליבשה. במחקר חדש, החוקרים השתמשו ברובוטים זנביים זנביים שנועדו לנוע כמו דגי "בוץ" אמפיבי כדי להראות כי ההולכים היבשתיים הראשונים עשויים להשתמש בזנבותיהם כדי לנווט בתנאי קו החוף הבוגדניים.
תוכן קשור
- סיכה עצמית של שמן חרב דגי חרב לשחייה מהירה יותר
הממצאים, שפורטו בגיליון השבוע של כתב העת Science, עשויים לסייע בתכנון רובוטים אמפיביים שיכולים לחלוף ביעילות על פני משטחים מאתגרים כמו חול שיכול לזרום סביב גפיים ולהפריע לתנועה. (אין לדעת למה עשויים לשמש רובוטים זריזים אלה, אך ראוי לציין כי המחקר מומן בחלקו על ידי משרד המחקר של צבא ארה"ב ומעבדת המחקר של הצבא.)
"אדמה היא לא רק בטון קשה או סלעים. זה יכול להיות מורכב משטח רופף חולי ובוצי שזורם במגע, והעברה על חומרים מסוג זה אינה דבר של מה בכך ", אומר מנהיג המחקר דניאל גולדמן, ביו-פיזיקאי מטעם ג'ורג'יה טק המתמחה בתנועת בעלי חיים.
כדי לקבל תובנות נוספות על תנועת תנועתם של חוליות חוליות מוקדמות, או טטרפודים, חקרו גולדמן ועמיתיו את תנועתו של סקיף הבוץ האפריקני, דג קטן ואמפיבי שגר באזורים גאות ושפל ליד החוף ומבלה את זמנו גם במים וגם על חולי ו משטחים בוציים. סקיני בוץ משתמשים בסנפירים השמנוניים שלהם כדי לטייל ביבשה וידוע שהם קופצים מדי פעם בחבטות בזנבותיהם.
התצפיות של הצוות העלו כי זנבו של סקיפר הבוץ מועיל רק בשולי לתנועה על משטחים שטוחים - אך הופך לחשוב יותר משמעותית כאשר היצור צריך להניע את עצמו במדרונות חלקלקים.
כדי להבין טוב יותר כיצד סקיף הבוץ השתמש בסנפירים ובזנבו בהתאמה, המדענים השתמשו במדפסת תלת מימד כדי ליצור רובוט שמחקה כמה מתנועות המפתח של היצור. והכי חשוב, "MuddyBot" יכול לבצע שכיבות סמיכה ולדחוף את איבריו הקדמיים לאחור - תנועה המכונה "קביים" - והוא יכול למקם את זנבו החזק בזוויות שונות על האדמה ביחס לגפיים.
"זה לא המכשיר הזוהר ביותר, " אומר גולדמן, "אבל הוא נשלט היטב. אנחנו משתמשים ברובוט כדי לעשות מדע, ובמקרה הזה, כדי לדבר על דברים שקרה לפני 360 מיליון שנה. "
לרובוט שתי איברים וזנב חזק, עם תנועה שמספקים מנועים חשמליים. (רוב פלט, ג'ורג'יה טק) כמו סקיץ הבוץ, MuddyBot היה זקוק לבעיטה מזנבו כדי לעלות בשיפוע חולי של 20 מעלות. הזנב שימש גם לעיגון, כך שהרובוט לא החליק לאחור במורד המדרון.
"על ידי התבוננות ברובוטים הצלחנו להבחין בכמה מהיתרונות בשימוש בזנבות בקונצרט עם גפיים", אומר גולדמן. "במיוחד עבור חומרים נוטים באופן תלול, אם אתה לא משתמש בזנב שלך, אתה מקבל תקועה די מהר."
הממצאים הם צעד חשוב - ללא משחק מילים - בכדי להבין את העקרונות המכאניים של תנועת תנועה מוקדמת ואת חשיבות הזנבות בפרט, אומר ג'ון ניאקאטורה, ביולוג אבולוציוני באוניברסיטת הומבולדט בברלין שלא היה מעורב במחקר.
"במשך תקופה ארוכה, תנועת הסלמנדרה נחשבה למודל ההולם ביותר [לתנועת טטרפוד מוקדמת]", אומר Nyakatura, שכתב מאמר חדשותי בנושא הממצאים למדע . "מכיוון שסלמנדרות לא משתמשות בזנב בצורה זו על תומכים מאתגרים כמו שיפועים תלולים וחוליים, איש לא חשב על הזנב."
Nyakatura גם שיבח את השיטות החדשניות של הצוות. "מה שאני אוהב במאמר זה שהוא נובע מגישות מחקריות שונות: רובוטיקה, הדמיות, ביומכניקה של דגים חיים, " הוא אומר. "השימוש בסימולציה ורובוטים בפרט מציע אפשרויות נהדרות להסעות תפקודיות בפליאונטולוגיה. גישות אלה מאפשרות (אתה) לשנות באופן שיטתי פרמטרים בודדים. ניתן לחקור את כל 'מרחב הפרמטר', כולל שילובי פרמטרים שלא ניתן לצפות בחיות חיות. "
ג'ון האצ'ינסון, פרופסור לביומכניקה אבולוציונית באוניברסיטת לונדון, הסכים. המעבר ממים לארץ "היה מעבר מרכזי בהתפתחות החוליות, וזה קבע את הבמה לכל מה שקרה ביבשה בקבוצת החוליות מאז", אומר האצ'ינסון, שלא היה מעורב במחקר. "אף אחד לא השתמש ברובוטים מעולם כדי לשפוך אור על האזור הזה, כך שיהיה מעניין לראות לאן הוא הולך."
